Ir fizikoje, ir chemijoje kūne esančiai energijai matuoti vartojama sąvoka: entalpija . Šis matavimas rodo energijos kiekį, esantį tam tikro tūrio kūne arba sistemoje, esant slėgiui ir galinčiam keistis energija su aplinka. Sistemos entalpiją žymi raidė H, o jos fizikinis energijos vienetas yra džaulis.
Šiame straipsnyje papasakosime apie entalpijos savybes ir svarbą.
pagrindinės funkcijos
Galime sakyti, kad entalpija yra lygi sistemos vidinei energijai plius slėgiui, padaugintam iš sistemos tūrio . Kadangi sistemos energija, slėgis ir tūris yra būsenos funkcijos, entalpija taip pat yra būsenos funkcija. Tai reiškia, kad tam tikru laiku ji gali būti duota esant tam tikroms pradinėms arba galutinėms sąlygoms, todėl kintamasis padeda mums tyrinėti visą sistemą.
Pirmiausia reikia suprasti, kas yra susidarymo entalpija. Tai šiluma, kurią sistema sugeria ir išskiria, kai iš jos elementų standartinėse būsenose susidaro 1 mol produkto . Šios būsenos gali būti kieta, skysta, dujinė arba tirpalas. Alotropinė forma yra stabilesnė medžiagos forma. Pavyzdžiui, stabiliausia alotropinė anglies forma yra grafitas, kuris randamas standartinėmis sąlygomis, kai slėgis yra 1 atmosfera ir temperatūra 25 laipsniai Celsijaus. Entalpijos supratimas yra labai svarbus norint suprasti įvairiose cheminėse reakcijose dalyvaujančią energiją, taip pat norint analizuoti karščio bangų poveikį.
Mes pabrėžiame, kad susidarymo entalpijos pagal tai, ką mes apibrėžėme, yra 1 molis pagaminto junginio. Tokiu būdu, atsižvelgiant į esamų reagento produktų kiekį, reakciją reikės koreguoti taikant trupmeninius koeficientus.
Formacijos entalpija
Žinome, kad bet kuriame cheminiame procese susidarymo entalpija gali būti teigiama arba neigiama. Ši entalpija yra teigiama, kai reakcija yra endoterminė. Endoterminė cheminė reakcija reiškia, kad ji sugeria šilumą iš aplinkos. Kita vertus, kai reakcija yra egzoterminė, turime neigiamą entalpiją . Egzoterminė cheminė reakcija reiškia, kad ji išskiria šilumą iš sistemos į aplinką.
Kad įvyktų egzoterminė reakcija, reagentai turi turėti didesnę energiją nei produktai. Priešingai, kad įvyktų endoterminė reakcija, reagentai turi turėti mažiau energijos nei produktai. Kad viso to cheminė lygtis būtų parašyta teisingai, turi būti laikomasi medžiagos tvermės dėsnio. Tai reiškia, kad cheminėje lygtyje turi būti informacija apie reagentų ir produktų fizinę būseną, kuri yra labai svarbi chemijos studijoms.
Taip pat svarbu atkreipti dėmesį, kad grynų medžiagų susidarymo entalpija yra lygi nuliui. Šios entalpijos vertės gaunamos standartinėmis sąlygomis, kaip minėta anksčiau, ir jų stabiliausioje formoje. Cheminėje sistemoje, kurioje yra reagentų ir produktų, reakcijos entalpija yra lygi susidarymo entalpijai standartinėmis sąlygomis.
Reakcijos entalpija
Jau minėjome, kas yra susidarymo entalpija. Dabar aprašysime, kas yra reakcijos entalpija. Tai termodinaminė funkcija, padedanti apskaičiuoti cheminės reakcijos metu gaunamą arba prarandamą šilumą. Jos tikslas – subalansuoti šilumos mainus tarp reagentų ir produktų. Viena iš sąlygų, kurias reikia įvykdyti norint apskaičiuoti reakcijos entalpiją, yra ta, kad pati reakcija turi vykti esant pastoviam slėgiui. Tai yra, per visą cheminės reakcijos laiką slėgis turi išlikti pastovus.
Žinome, kad entalpija turi energijos matmenis ir todėl matuojama džauliais. Norėdami suprasti entalpijos ir cheminės reakcijos metu keičiamos šilumos ryšį, turime remtis pirmuoju termodinamikos dėsniu. Šis dėsnis teigia, kad termodinaminio proceso metu keičiama šiluma yra lygi procese dalyvaujančios medžiagos ar medžiagų vidinės energijos pokyčiui plius tų medžiagų proceso metu atliktas darbas.
Žinome, kad visos cheminės reakcijos yra ne kas kita, kaip įvairūs termodinaminiai procesai, vykstantys esant tam tikram slėgiui. Dažniausios slėgio vertės pateikiamos esant standartinėms atmosferos slėgio sąlygoms. Todėl visi tokiu būdu vykstantys termodinaminiai procesai vadinami izobariniais, nes vyksta esant pastoviam slėgiui.
Entalpija dažnai vadinama šiluma. Tačiau labai svarbu suprasti, kad tai ne tas pats, kas pati šiluma, o šilumos mainai. Kitaip tariant, tai ne šiluma, kurią galima panaudoti pamokai, ar reagentų ir produktų vidinė šiluma. Tai šiluma, kuria keičiamasi cheminės reakcijos proceso metu.
Santykis su šiluma
Kitaip nei anksčiau aptarta, entalpija yra būsenos funkcija. Skaičiuodami entalpijos pokytį, iš tikrųjų apskaičiuojame skirtumą tarp dviejų funkcijų. Šios funkcijos paprastai priklauso tik nuo sistemos būsenos. Ši sistemos būsena kinta priklausomai nuo pačios sistemos vidinės energijos ir tūrio. Kadangi žinome, kad tūris visos cheminės reakcijos metu išlieka pastovus, reakcijos entalpija yra tiesiog būsenos funkcija, kuri priklauso ir nuo vidinės energijos, ir nuo tūrio.
Todėl cheminių reakcijų metu reaguojančių medžiagų entalpiją galime apibrėžti kaip kiekvieno iš jų sumą. Kita vertus, mes apibrėžiame tą patį dalyką, bet produktuose kaip visų produktų entalpijos sumą.
Tikiuosi, kad turėdami šią informaciją galite sužinoti daugiau apie entalpiją ir jos ypatybes.